Когда я учился в автошколе с целью получения водительских прав, инструктор по вождению говорил, что хороший водитель от плохого отличается тем, что первый знает, как устроен его автомобиль, а второй лишь об этом догадывается. Я не уверен, что смысл этой фразы в полной мере можно применить к компьютерной технике, но вряд ли кому-то повредит узнать историю появления сканеров, их эволюцию, виды и общий принцип работы.

История появления и эволюция сканера

Родился первый сканер (точнее, его прототип), как это ни удивительно, еще в 1855 году благодаря трудам итальянского физика Казелли. Свое детище ученый назвал пантелеграф. Принцип его работы сводился к сканированию изображения, нарисованного токо-проводящими чернилами, посредством специальной иглы.

С развитием техники на свет появился такой электронный прибор, как фотоэлемент, на основе которого был создан фототелеграф. В нем по поверхности закрепленной на барабане фотографии уже перемещалась не игла, а тонкий луч света. Принцип работы в данном случае очевиден - свет, отражаясь от поверхности изображения, попадает на фотоэлемент, изменяя ток, пропорционально отражательной способности того или иного участка фотографии. При этом механическое сканирование изображения осуществляется путем перемещения луча по двум взаимно перпендикулярным координатам: по одной за счет вращения барабана, по второй - путем перемещения каретки с источником света. Развитие полупроводниковых технологий позволило объединить несколько фотоприемников в одну линию и обойтись перемещением сканирующей каретки только по одной координате.

Виды сканеров

В общем случае сканеры можно разделить на планшетные, ручные, роликовые (листопротяжные) и барабанные. Такое разделение, в первую очередь, обусловлено способом перемещения сканирующих чувствительных элементов относительно изображения. В планшетных сканерах оригинал кладется на стекло и сканируется при помощи подвижной линейки из светочувствительных элементов, приводимой в движение электроприводом. В ручном сканере, ставшем в настоящее большой редкостью, линейка с чувствительными элементами уже перемещается вручную, что требует от пользователя некоторой сноровки. Роликовые сканеры также потихоньку сходят с прилавков - в них оригинал протягивается мимо неподвижной линейки элементов (что-то наподобие факса). В барабанном сканере изображение закрепляется на вращающемся барабане. В последнем случае принцип сканирования, за вычетом некоторых усовершенствований, аналогичен сканированию в вышеописанном фототелеграфе. Свет в данном случае воспринимается одним приемником, поэтому отсутствует погрешность, связанная с неидентичностью чувствительных элементов. Кроме того, барабанный сканер не имеет принципиальных ограничений на число точек, из которых будет составлено изображение. Это самый старый и качественный способ сканирования.

Устройство планшетного сканера

Среди обычных пользователей наибольшее распространение получил планшетный сканер. Именно на его примере мы разберем устройство и принцип работы сканера. Стоит отметить, что большинство из нижесказанного применимо и к другим типам сканирующих устройств.

Начнем с оптической системы. В современных сканерах наиболее распространены два типа приемных чувствительных элементов: CCD-матрица (Charge Coupled Device - прибор с зарядовой связью) и CIS-матрица (Contact Image Sensor - контактный датчик изображения). В первом случае световой поток проецируется на матрицу CCD посредством системы зеркал и фокусирующего объектива.

Разрешение в таких сканерах строго ограничено числом чувствительных элементов в матрице, и если ширина оригинала меньше рабочей поверхности сканера, то используется только часть фотоэлементов от возможного числа. По этой причине в особо качественных сканерах оптика может переключаться в режим, когда на полную ширину CCD-матрицы проецируется только часть ширины рабочего стола сканера. Таким образом, на постоянное число приемных ячеек CCD-матрицы проецируется участок меньшей ширины, сохраняя при этом качество изображения.

Контактный датчик изображения стал применяться в сканерах несколько позже CCD-матрицы. CIS-матрица воспринимает отраженный оригиналом свет непосредственно через стекло сканера без использования дополнительных систем зеркал и фокусировки. Этот факт позволил уменьшить размеры планшетных сканеров на CIS-матрице более чем в два раза. Качество отсканированных отображений при этом также ухудшилось.

Первоначально в качестве источника света в сканерах использовалась обычная флуоресцентная лампа (сходная с лампами дневного света). Ее недостатки - слабая стабильность характеристик освещения и ограниченный срок службы. В современных моделях сканеров применяется лампа с холодным катодом, имеющая лучшие параметры и значительно больший срок службы.

Цветные сканеры принципиально ничем не отличаются от полутоновых. Точная цветопередача при сканировании цветных изображений происходит путем разделения сканируемого цвета по трем основным составляющим-цветам: красному (Red), зеленому (Green) и синему (Blue). Трехпроходные сканеры осуществляют сканирование цветного изображения за 3 прохода через разные светофильтры. В современных однопроходных сканерах матрица состоит из трех параллельных линеек приемных ячеек, принимающих информацию о содержании "своих" цветов (технология Single Pass).

С приемного светочувствительного элемента, преобразующего уровень освещенности в уровень напряжения, все еще аналоговый сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). С АЦП информация выходит уже в двоичном виде и, после обработки в контроллере сканера, через соответствующий интерфейс поступает в компьютер.

Сергей ШИРКО,
S_Shirko@tut.by